基于BIM技術(shù)的預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法初探

鮑子虞

（廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院）

引言

預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中使用BIM技術(shù)，能夠有效解決設(shè)計(jì)、施工以及構(gòu)件加工對(duì)接不足的問(wèn)題，減少資源浪費(fèi)。通過(guò)建立BIM參數(shù)化構(gòu)件族，優(yōu)化模型設(shè)計(jì)，合理利用勞動(dòng)資源，提高工程質(zhì)量。

1 BIM以及預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)概述

BIM是以三維數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)，集成了建筑工程項(xiàng)目各種相關(guān)信息的工程數(shù)據(jù)模型，是對(duì)該工程項(xiàng)目相關(guān)信息的詳盡表達(dá)。BIM模型屬于三維數(shù)字模型，是存儲(chǔ)信息的載體，是BIM技術(shù)的應(yīng)用基礎(chǔ)。BIM技術(shù)的應(yīng)用指的是通過(guò)建立三維數(shù)字模型，在建筑工程的設(shè)計(jì)、施工全過(guò)程以及運(yùn)營(yíng)管理階段，對(duì)建筑物進(jìn)行可視化分析、科學(xué)統(tǒng)計(jì)工程量，因此BIM技術(shù)的核心是信息。

PC（Precast Concrete）是預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)稱(chēng)，是以混凝土預(yù)制構(gòu)件為主要構(gòu)件，經(jīng)裝配、連接以及部分現(xiàn)澆而成的混凝土結(jié)構(gòu)。具有品質(zhì)均一、能夠量化生產(chǎn)、工期短、施工精度高、施工成本低、具有安全保障、能夠解決技工不足等優(yōu)點(diǎn)。

2 BIM技術(shù)在預(yù)裝配式房屋建設(shè)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

2.1 產(chǎn)業(yè)化建造工期可控，效率提高

在預(yù)裝配式房屋設(shè)計(jì)中，根據(jù)實(shí)際工程所需要的構(gòu)件，在BIM中建立對(duì)應(yīng)的構(gòu)件庫(kù)，有利于提升設(shè)計(jì)單位、構(gòu)件廠(chǎng)和施工企業(yè)的可視化協(xié)同能力，實(shí)現(xiàn)了將生產(chǎn)工藝集中在工業(yè)流水線(xiàn)上，現(xiàn)場(chǎng)以安裝構(gòu)件為主，避免了建筑材料浪費(fèi)，可減少人力勞動(dòng)，增加機(jī)械生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率。

實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)階段對(duì)施工階段勞動(dòng)力的綜合分析，如：在引用BIM技術(shù)對(duì)CSI住宅產(chǎn)業(yè)化虛擬三維模擬建造的過(guò)程中引入勞動(dòng)力、物資和場(chǎng)地的概念，從而提高設(shè)計(jì)對(duì)施工的指導(dǎo)，減少勞務(wù)選擇風(fēng)險(xiǎn)及因設(shè)計(jì)不合理而造成的施工進(jìn)度滯后等問(wèn)題，可有效控制并縮短工期。

2.2 實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、施工一體化建造

基于BIM的預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要特點(diǎn)是精度高，覆蓋設(shè)計(jì)、構(gòu)件加工、現(xiàn)場(chǎng)施工等能夠妥善解決以往住宅設(shè)計(jì)圖紙控制寬泛、對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工指導(dǎo)性差的問(wèn)題。通過(guò)強(qiáng)化設(shè)計(jì)與施工的聯(lián)系，搭建基于BIM技術(shù)預(yù)制裝配式設(shè)計(jì)施工一體化協(xié)同平臺(tái)。該平臺(tái)可以根據(jù)工程初步設(shè)計(jì)、審查等多個(gè)階段完成的施工圖，搭建預(yù)制裝配式BIM模型，模型等級(jí)定為L(zhǎng)OD400等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，并進(jìn)行拆分模擬。根據(jù)設(shè)計(jì)階段的BIM成果，完成PC運(yùn)輸、施工過(guò)程中各種工況的相關(guān)深化設(shè)計(jì)計(jì)算；通過(guò)結(jié)構(gòu)計(jì)算確定脫模、存放時(shí)的吊裝和支撐位置。根據(jù)PC的BIM模型搭建及深化設(shè)計(jì)，生成完整的BIM信息模型，形成深化設(shè)計(jì)圖紙，用于指導(dǎo)后期生產(chǎn)和施工。

2.3 三維技術(shù)交底、提高施工質(zhì)量

目前施工企業(yè)對(duì)裝配式混凝土結(jié)構(gòu)施工尚缺少經(jīng)驗(yàn)，對(duì)此，現(xiàn)場(chǎng)依據(jù)工程特點(diǎn)和技術(shù)難易程度選擇三維技術(shù)交底形式，例如套筒灌漿、疊合板支撐、各種構(gòu)件（外墻板、內(nèi)墻板、疊合板、樓梯等）的吊裝等施工方案通過(guò)BIM技術(shù)三維直觀(guān)展示，模擬現(xiàn)場(chǎng)構(gòu)件安裝過(guò)程和周邊環(huán)境。對(duì)勞務(wù)隊(duì)伍則采用三維技術(shù)交底，指導(dǎo)工人安裝。交底內(nèi)容明確直觀(guān)，方便了施工現(xiàn)場(chǎng)對(duì)分包工程質(zhì)量的控制。

采用三維技術(shù)交底的方式，建立了產(chǎn)業(yè)化施工標(biāo)準(zhǔn)，擁有了產(chǎn)業(yè)化設(shè)計(jì)施工團(tuán)隊(duì)，培養(yǎng)了專(zhuān)業(yè)化人才，提高了對(duì)工程質(zhì)量的控制水平。

3 基于BIM技術(shù)的預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法

下面以使用基于BIM技術(shù)的AutodeskRevitStructure為例，簡(jiǎn)單探索預(yù)制裝配結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。

本文基于BIM技術(shù)在預(yù)制裝配結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的主要思路是：根據(jù)預(yù)制裝配結(jié)構(gòu)的模數(shù)化以及標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，建立技術(shù)集成性能較好的預(yù)制裝配結(jié)構(gòu)所需要的各個(gè)構(gòu)件，包括預(yù)制柱、預(yù)制樓板、預(yù)制外墻、預(yù)制梁、預(yù)制樓梯等族庫(kù)。在項(xiàng)目結(jié)構(gòu)的不同設(shè)計(jì)過(guò)程中，可以從已經(jīng)設(shè)計(jì)完成的構(gòu)件庫(kù)中選擇所需要的標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件，并且將一個(gè)個(gè)標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件搭建裝配成為三維可視化模型，以此提高設(shè)計(jì)人員的工作效率。為了在最大程度上發(fā)揮預(yù)制裝配結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，可以根據(jù)實(shí)際需要研究標(biāo)準(zhǔn)化裝配式住宅戶(hù)型，有利于實(shí)際工作的開(kāi)展。

目前，對(duì)AutodeskRevitStructure進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，族是Revit使用中一個(gè)功能強(qiáng)大的概念，根據(jù)族創(chuàng)建者的設(shè)計(jì)內(nèi)容，可以被分為很多種類(lèi)，包括系統(tǒng)族、可載入族以及內(nèi)建族。構(gòu)件族文件是獨(dú)立的文件，可以對(duì)其進(jìn)行獨(dú)立編輯，而且可以在不同項(xiàng)目中重復(fù)利用。通過(guò)計(jì)算機(jī)，可以在相應(yīng)的族樣板文件.rft中建立模數(shù)化、標(biāo)準(zhǔn)化的PC構(gòu)件如圖1中的梁以及圖2中的柱所示。而這不僅為構(gòu)件的工廠(chǎng)化提供詳細(xì)的設(shè)計(jì)圖紙，而且可以在任何項(xiàng)目中作為可載入族，及時(shí)載入項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，提高預(yù)制裝配結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)效率。

圖1 預(yù)制梁構(gòu)件族三維圖示

圖2 預(yù)制柱構(gòu)件族三維圖示

在Revit中，可以定義系統(tǒng)族，如果需要修改，則只能在項(xiàng)目中進(jìn)行，但是不能從外部加載，系統(tǒng)族包括墻體、屋頂、樓板、樓梯等。預(yù)制裝配結(jié)構(gòu)中所需的預(yù)制外墻、樓梯等構(gòu)件不能直接利用族樣板文件創(chuàng)建族庫(kù)，只能在打開(kāi)一個(gè)項(xiàng)目文件.rvt后，在項(xiàng)目中根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化和模數(shù)化設(shè)計(jì)預(yù)制構(gòu)件，如圖3外墻所示，并保存為.rvt項(xiàng)目文件，最終形成構(gòu)件系統(tǒng)族構(gòu)件族庫(kù)。在項(xiàng)目文件中設(shè)計(jì)預(yù)制構(gòu)件，可以形成構(gòu)件詳圖庫(kù)，從而為工廠(chǎng)化生產(chǎn)提供詳圖設(shè)計(jì)。但是在一個(gè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，不能像保存.rfa文件的可載入構(gòu)件族一樣，可以隨時(shí)載入到項(xiàng)目中。

圖3 預(yù)制外墻系統(tǒng)構(gòu)件三維圖示族

由于所建立的系統(tǒng)族構(gòu)件庫(kù)只能作為.rvt打開(kāi)，但是并不能載入到其他項(xiàng)目文件中，因此軟件開(kāi)發(fā)商可以根據(jù)這一問(wèn)題，抓住發(fā)展機(jī)會(huì)進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，使得墻、板、樓梯等系統(tǒng)族構(gòu)件，按標(biāo)準(zhǔn)化、模數(shù)化創(chuàng)建出可載入項(xiàng)目使用的族文件形式，這樣能夠在很大程度上提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的效率。

4 結(jié)語(yǔ)

目前，裝配式混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)日漸完善，建筑產(chǎn)業(yè)化可節(jié)省資源，推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新，提高建筑品質(zhì)，是建筑行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。BIM技術(shù)的推廣有利于預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)推廣，尤其是住宅產(chǎn)業(yè)化的推廣，BIM技術(shù)是實(shí)施住宅產(chǎn)業(yè)化的一個(gè)重要手段。通過(guò)引用BIM技術(shù)以構(gòu)件族為核心使設(shè)計(jì)與施工良好銜接，強(qiáng)化了與構(gòu)件廠(chǎng)及業(yè)主的溝通；通過(guò)BIM參數(shù)化與可視化手段模擬各種未知情況，為快速?zèng)Q策提供了支撐；制定符合項(xiàng)目特點(diǎn)的BIM標(biāo)準(zhǔn)是實(shí)施的必要保障；工程經(jīng)驗(yàn)、施工設(shè)備等信息必須與BIM模型信息相結(jié)合才能有效指導(dǎo)施工；BIM技術(shù)可有效記錄承載知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)有助于后續(xù)工作。但是，應(yīng)用BIM也是有一定的缺陷的，BIM技術(shù)將減少大量的材料、人工、機(jī)械浪費(fèi)。一些企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益將有所減少，甚至影響到整個(gè)行業(yè)的利益。如果BIM技術(shù)掌握不熟練，則會(huì)直接影響企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，企業(yè)應(yīng)該熟練掌握BIM，更好的將其應(yīng)用于實(shí)踐工作中，獲得較大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

[1]劉貴平.國(guó)家住宅產(chǎn)業(yè)化基地——中國(guó)建材集團(tuán)的新農(nóng)宅建設(shè)[J].中華民居，2009（03）：25～26.

[2]孫長(zhǎng)征，高強(qiáng)，趙唯堅(jiān)，等.基于BIM技術(shù)在預(yù)制裝配式建筑中的設(shè)計(jì)研究[J].城市建設(shè)理論研究：電子版，2013（02）：12～13.

[3]段創(chuàng)峰.BIM技術(shù)在預(yù)制裝配式建筑中的應(yīng)用[J].住宅產(chǎn)業(yè)，2015（03）：61～62.